JPH11108614A - Light-wave interference measuring instrument - Google Patents

Light-wave interference measuring instrument

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Publication number
JPH11108614A
JPH11108614A JP9287683A JP28768397A JPH11108614A JP H11108614 A JPH11108614 A JP H11108614A JP 9287683 A JP9287683 A JP 9287683A JP 28768397 A JP28768397 A JP 28768397A JP H11108614 A JPH11108614 A JP H11108614A
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JP
Japan
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light
measurement
measuring
frequency
path
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9287683A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kawai
斉 河井
Jun Kawakami
潤 川上
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-wave interference measuring instrument which can measure the relative displacement between a moving mirror and a fixed mirror with high accuracy, even when a plane mirror is used as the moving mirror. SOLUTION: A light from a light source section 205 is split by means of a light splitting element 93, and the light transmitted through the element 93 is made incident on a measuring section 204a. Two light beams emitted from the section 204a are reflected at a position 406 of a fixed mirror 50 and a position 407 of a moving mirror 51, and again return to the measuring section 204a. Therefore, the relative geometric displacement between the mirrors 50 and 51 can be found. On the other hand, the light reflected by the light splitting element 93 is made incident on a measuring section 204b through a reflecting mirror 45. Two light beams emitted form the section 204b are reflected at the positions 408 and 409 of the moving mirror 51 and again return to the measuring section 204b, and the inclination angle in the P-direction caused by the movement of the moving mirror 51 is found and, at the same time, the fluctuating component of refractive index between the measuring section 204b and moving mirror 51 is measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度な変位計測
を行うための光波干渉測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light wave interference measuring device for measuring displacement with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体の長さ、変位、密度等の測定を行な
う光波干渉測定装置の代表的な例として、変位測定のた
めの測定光路の屈折率変動も補正する干渉測定機を図7
に示す。図7に示す光波干渉測定装置は、物体の変位を
測定するための変位干渉計と変位干渉計の測定光路の気
体の屈折率変動を測定する光学系とを有している。ま
ず、変位干渉計について説明する。
2. Description of the Related Art As a typical example of an optical interference measuring apparatus for measuring the length, displacement, density, etc. of an object, an interferometer for correcting the refractive index fluctuation of a measuring optical path for measuring displacement is shown in FIG.
Shown in The optical interference measuring apparatus shown in FIG. 7 has a displacement interferometer for measuring the displacement of an object and an optical system for measuring a change in the refractive index of gas in a measurement optical path of the displacement interferometer. First, the displacement interferometer will be described.

【0003】図7において、光源3は、周波数f1の光
と周波数f1’の光とを含む光を射出する。この2つの
光は、互いに周波数がわずかに異なり、偏光方位が互い
に直交した直線偏光となっている。光源3から射出した
光束は反射鏡48で反射し、周波数結合素子81で再び
反射して光源1からの光と同軸になる。この周波数結合
素子81は周波数f1の光と周波数f1’の光を反射
し、他の周波数の光を透過する性質を有している。
In FIG. 7, a light source 3 emits light including light having a frequency f1 and light having a frequency f1 '. The two lights are linearly polarized light having slightly different frequencies and mutually orthogonal polarization directions. The light beam emitted from the light source 3 is reflected by the reflecting mirror 48, reflected again by the frequency coupling element 81, and becomes coaxial with the light from the light source 1. The frequency coupling element 81 has a property of reflecting light of the frequency f1 and light of the frequency f1 ′ and transmitting light of other frequencies.

【0004】反射鏡81で反射した周波数f1とf1’
の光は偏光分離素子70に入射し、周波数f1の光は偏
光分離素子70を透過して測定光となり、周波数f1’
の光は偏光分離素子70を反射して参照光となる。
The frequencies f1 and f1 'reflected by the reflecting mirror 81 are
Is incident on the polarization separation element 70, and the light of the frequency f1 is transmitted through the polarization separation element 70 and becomes the measurement light, and the frequency f1 ′
Is reflected by the polarization separation element 70 and becomes reference light.

【0005】偏光分離素子70で反射した周波数f1’
の光は、反射鏡40で反射して波長板100を通って平
面反射鏡50で反射する。参照光である周波数f1’の
光は、再び波長板100と反射鏡40を介して偏光分離
素子70に向かう。この偏光分離素子70に向かった周
波数f1’の光は、波長板100を2回通過することに
より偏光方位が90°回転するため、偏光分離素子70
を透過して周波数分離素子80に向かう。この周波数f
1’の光の通過した経路を参照光路とする。
[0005] The frequency f1 'reflected by the polarization separation element 70
Is reflected by the reflecting mirror 40, passes through the wave plate 100, and is reflected by the plane reflecting mirror 50. The light having the frequency f1 ′, which is the reference light, travels to the polarization splitter 70 again via the wave plate 100 and the reflecting mirror 40. The light having the frequency f1 ′ traveling toward the polarization separation element 70 passes through the wave plate 100 twice so that the polarization direction is rotated by 90 °.
To the frequency separation element 80. This frequency f
The path through which the light of 1 'has passed is referred to as a reference optical path.

【0006】一方、偏光分離素子70を透過した周波数
f1の測定光は、波長板101を通って平面反射鏡であ
る移動鏡51で反射する。移動鏡51で反射した周波数
f1の光は、再び波長板101を介して偏光分離素子7
0に向かう。この偏光分離素子70に向かった周波数f
1の光は、波長板101を2回通過することにより偏光
方位が90°回転するため、偏光分離素子70で反射さ
せられ、反射鏡50で反射した参照光路の周波数f1’
の光と同軸になって周波数分離素子80に向かう。この
周波数f1’の通った光路を測定光路とする。
On the other hand, the measurement light having the frequency f1 transmitted through the polarization separation element 70 is reflected by a moving mirror 51, which is a plane reflecting mirror, through a wave plate 101. The light of the frequency f1 reflected by the moving mirror 51 is again transmitted through the wave plate 101 to the polarization separation element 7.
Go to zero. The frequency f toward the polarization separation element 70
The light of No. 1 passes through the wave plate 101 twice, so that the polarization direction is rotated by 90 °. Therefore, the light of No. 1 is reflected by the polarization splitting element 70 and the frequency f1 ′ of the reference light path reflected by the reflecting mirror 50
To the frequency separation element 80. The optical path through which the frequency f1 'passes is defined as a measurement optical path.

【0007】同軸になった周波数f1と周波数f1’の
光は周波数分離素子80で反射する。周波数分離素子8
0で反射した周波数f1と周波数f1’の光は、受光素
子30にとりつけられた偏光子で干渉した後光電変換さ
れる。この偏光子は、具体的には参照光の偏光方位と測
定光の偏光方位とに対してほぼ45°傾いて配置されて
いる。
The coaxial light of the frequency f1 and the frequency f1 ′ is reflected by the frequency separation element 80. Frequency separation element 8
The light of the frequency f1 and the frequency f1 ′ reflected at 0 are interfered by the polarizer attached to the light receiving element 30 and then photoelectrically converted. Specifically, the polarizer is disposed at an angle of approximately 45 ° with respect to the polarization direction of the reference light and the polarization direction of the measurement light.

【0008】受光素子30で光電変換された光は、測定
ビート信号として演算装置7に出力される。一方、図示
を省略したが光源3においても周波数f1と周波数f
1’の光の一部が取り出され、偏光子を透過したのち光
電変換されて、参照ビート信号として演算装置7に出力
される。演算装置7は、参照ビート信号に対する測定ビ
ート信号の位相変化に基づいて、移動鏡51の矢印方向
の光路長変化D(f1)を求める。ところがこのように
して変位干渉計で求められた光路長変化D(f1)に
は、測定光路中の空気の気圧、気温による屈折率変動成
分が重畳しているので、この屈折率変動分を補正する必
要がある。
The light photoelectrically converted by the light receiving element 30 is output to the arithmetic unit 7 as a measurement beat signal. On the other hand, the frequency f1 and the frequency f
A part of the light 1 ′ is extracted, transmitted through the polarizer, photoelectrically converted, and output to the arithmetic unit 7 as a reference beat signal. The arithmetic unit 7 obtains the optical path length change D (f1) of the movable mirror 51 in the direction of the arrow based on the phase change of the measured beat signal with respect to the reference beat signal. However, since the refractive index fluctuation component due to the air pressure and the air temperature in the measurement optical path is superimposed on the optical path length change D (f1) obtained by the displacement interferometer in this way, this refractive index fluctuation is corrected. There is a need to.

【0009】この屈折率変動を求める屈折率変動補正用
の光波干渉測定装置を次に説明する。図7において、光
源1からは周波数f2の光が射出し、その周波数f2の
光の一部が周波数変換素子10により周波数f3(f3
=2×f2)の光に変換され、周波数変換素子10から
周波数f2と周波数f3の光が同軸で射出する。この同
軸となった周波数f2と周波数f3の光は、周波数結合
素子81を透過し、変位干渉計の光である周波数f1と
周波数f1’の光と同軸になる。このとき周波数f2と
周波数f3の光の偏光方位は、変位干渉計の光と45°
の方位を向くように設定されている。周波数結合素子8
1を透過した周波数f2と周波数f3の光は、偏光分離
素子70に入射し、周波数f2の光と周波数f3の光の
それぞれが、偏光分離素子70により参照光と測定光に
分離する。
Next, a description will be given of an optical interference measuring apparatus for correcting the refractive index fluctuation for obtaining the refractive index fluctuation. In FIG. 7, light having a frequency f2 is emitted from the light source 1, and a part of the light having the frequency f2 is converted by the frequency conversion element 10 into a frequency f3 (f3
= 2 × f2), and the light having the frequency f2 and the frequency f3 is emitted from the frequency conversion element 10 coaxially. The coaxial light of the frequency f2 and the frequency f3 passes through the frequency coupling element 81 and becomes coaxial with the light of the frequency f1 and the frequency f1 ′ which is the light of the displacement interferometer. At this time, the polarization azimuth of the light having the frequency f2 and the frequency f3 is 45 ° with respect to the light of the displacement interferometer.
It is set to face the direction of. Frequency coupling element 8
The light having the frequency f2 and the frequency f3 that has passed through 1 are incident on the polarization splitter 70, and the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 are separated by the polarization splitter 70 into reference light and measurement light.

【0010】偏光分離素子70を反射した周波数f2の
光および周波数f3の光は参照光として反射鏡40と波
長板100を通って周波数f1’の光と同様に固定鏡5
0で反射し、再び偏光分離素子70に向かう。偏光分離
素子70を透過した周波数f2の光および周波数f3の
光は測定光として波長板101を通って周波数f1の光
と同様に固定鏡51で反射し、再び偏光分離素子70に
向かう。
The light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 reflected by the polarization splitting element 70 pass through the reflecting mirror 40 and the wave plate 100 as reference light, and pass through the reflecting mirror 40 and the wavelength plate 100, like the light having the frequency f1 '.
The light is reflected at 0, and returns to the polarization splitting element 70 again. The light of the frequency f2 and the light of the frequency f3 that have passed through the polarization splitter 70 are reflected by the fixed mirror 51 as the measurement light through the wavelength plate 101 in the same manner as the light of the frequency f1, and travel toward the polarization splitter 70 again.

【0011】参照光路を介した周波数f2とf3の光
と、測定光路を介した周波数f2とf3の光は、偏光分
離素子70で同軸になった後、周波数分離素子80を透
過して変位干渉計の周波数f1とf1’の光と分離され
る。
The lights of frequencies f2 and f3 passing through the reference light path and the lights of frequencies f2 and f3 passing through the measuring light path are made coaxial by the polarization separation element 70, and then transmitted through the frequency separation element 80 to displace interference. It is separated from the light of the frequencies f1 and f1 'of the meter.

【0012】周波数分離素子80を透過した参照光路を
通過した周波数f2とf3の光と、測定光路を通過した
周波数f2とf3の光とは、偏光分離素子71で再び参
照光と測定光に分離される。偏光分離素子71で反射し
た周波数f2とf3の光、すなわち参照光路を通過した
周波数f2とf3の光は周波数変換素子11に入射し、
周波数分離素子71を透過した周波数f2とf3の光、
すなわち測定光路を通過した周波数f2とf3の光は周
波数変換素子12に入射する。周波数変換素子11、1
2では、周波数の低い周波数f2の光が、周波数の高い
周波数f3の光に高調波変換され、周波数の高い周波数
f3の光はそのまま透過する。
The lights of frequencies f2 and f3 passing through the reference light path transmitted through the frequency separation element 80 and the lights of frequencies f2 and f3 passing through the measurement light path are separated again by the polarization separation element 71 into reference light and measurement light. Is done. The light of frequencies f2 and f3 reflected by the polarization splitting element 71, that is, the light of frequencies f2 and f3 passing through the reference optical path enters the frequency conversion element 11,
Light of frequencies f2 and f3 transmitted through the frequency separation element 71,
That is, the lights of frequencies f2 and f3 that have passed through the measurement optical path enter the frequency conversion element 12. Frequency conversion element 11, 1
In 2, the light of the low frequency f2 is harmonic-converted into the light of the high frequency f3, and the light of the high frequency f3 is transmitted as it is.

【0013】こうして、周波数変換素子11、12によ
って周波数変換された周波数f3の光は、当初に周波数
変換素子10で周波数変換されている周波数f3の光と
干渉した後、各干渉光が受光素子31および32でそれ
ぞれ光電変換される。
In this manner, the light of the frequency f3 whose frequency has been converted by the frequency conversion elements 11 and 12 first interferes with the light of the frequency f3 whose frequency has been converted by the frequency conversion element 10, and then each interference light is converted to the light receiving element 31. And 32 are respectively photoelectrically converted.

【0014】受光素子31では参照光路を通った周波数
f2の光と周波数f3の光による干渉信号が生成され、
受光素子32では測定光路を通った周波数f2の光と周
波数3の光による干渉信号が生成される。受光素子3
1、および受光素子32からの干渉信号は、ともに演算
装置7に供給される。
In the light receiving element 31, an interference signal is generated by the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the reference light path.
In the light receiving element 32, an interference signal is generated by the light of frequency f2 and the light of frequency 3 passing through the measurement optical path. Light receiving element 3
1 and the interference signal from the light receiving element 32 are both supplied to the arithmetic unit 7.

【0015】演算装置7では、参照光路を通った周波数
f2の光と周波数f3の光とによる干渉信号と、測定光
路を通った周波数f2の光と周波数f3の光とによる干
渉信号との位相差に基づいて、周波数f3の光に対する
光路長変化D(f3)と周波数f2の光に対する光路長
変化(f2)との差である{D(f3)−D(f2)}
を求める。
In the arithmetic unit 7, the phase difference between the interference signal due to the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the reference light path and the interference signal due to the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the measurement light path. {D (f3) -D (f2)}, which is the difference between the optical path length change D (f3) for the light of frequency f3 and the optical path length change (f2) for the light of frequency f2.
Ask for.

【0016】演算装置7ではさらに、変位干渉計で測定
した移動鏡51の光路長変化D(f1)を、{D(f
3)−D(f2)}を用いた式で屈折率の変動量を補正
し、真の変位量(幾何学的な距離)Dを求める。以下、
移動鏡51の光路長変化D(f1)から真の変位量(幾
何学的な距離)Dへの補正について説明する。周波数f
1、f2および周波数f3の光に対する光路長変化D
(f1)、D(f2)およびD(f3)は、それぞれ次
の(式1)乃至(式3)により表される。
The arithmetic unit 7 further calculates the optical path length change D (f1) of the movable mirror 51 measured by the displacement interferometer as {D (f
3) The amount of change in the refractive index is corrected by an equation using -D (f2)}, and the true displacement (geometric distance) D is obtained. Less than,
The correction from the optical path length change D (f1) of the movable mirror 51 to the true displacement amount (geometric distance) D will be described. Frequency f
Optical path length change D for light of 1, f2 and frequency f3
(F1), D (f2) and D (f3) are represented by the following (Equation 1) to (Equation 3), respectively.

【0017】 D(f1)={1+N・F(f1)}×D ・・・(式1) D(f2)={1+N・F(f2)}×D ・・・(式2) D(f3)={1+N・F(f3)}×D ・・・(式3)D (f1) = {1 + NF (f1)} × D (Formula 1) D (f2) = {1 + NF (f2)} × D (Formula 2) D (f3 ) = {1 + NF (f3)} × D (formula 3)

【0018】ここで、Dは幾何学的な距離であり、Nは
空気の密度である。またF(f)は、空気の構成比が不
変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数f
のみに依存する関数である。上記(式1)乃至(式3)
より、幾何学的距離Dは次の(式4)により与えられ
る。
Here, D is a geometric distance, and N is the density of air. Further, F (f) is the frequency f of light without depending on the density of air if the composition ratio of air is unchanged.
It depends only on the function. (Equation 1) to (Equation 3)
Thus, the geometric distance D is given by the following (Equation 4).

【0019】 D=D(f1)−A・{D(f3)−D(f2)} ・・・(式4) 但し、A=F(f1)/(F(f3)−F(f2))で
ある。
D = D (f1) −A · {D (f3) −D (f2)} (Equation 4) where A = F (f1) / (F (f3) −F (f2)) It is.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】以上のようにして従来
の光波干渉測定装置では、空気のゆらぎなどによる屈折
率変動を補正した移動鏡の変位測定を行うことができ
る。ところが、移動鏡が移動する場合、移動鏡の反射面
が何らかの原因で傾斜する等の変化を生じてしまうこと
がある。その結果、移動鏡が実際移動した距離と、光波
干渉計による測定結果とが異なる場合がある。
As described above, the conventional light wave interference measuring apparatus can measure the displacement of the movable mirror in which the refractive index fluctuation due to the fluctuation of air or the like is corrected. However, when the movable mirror moves, a change such as a tilt of the reflection surface of the movable mirror may occur for some reason. As a result, the distance actually moved by the movable mirror may differ from the measurement result obtained by the light wave interferometer.

【0021】そこで、本発明の目的は、移動鏡の変位測
定における誤差を極力少なくするため、誤差要因となる
移動鏡の変位成分を測定できる装置、および移動鏡の変
位測定を高精度の計測で行える光波干渉測定装置を提供
することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a device capable of measuring a displacement component of a movable mirror which is an error factor in order to minimize an error in displacement measurement of the movable mirror, and a highly accurate measurement of displacement of the movable mirror. It is an object of the present invention to provide a light wave interference measurement device that can perform the measurement.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的は、物体の変位
を測定するための測長用光束と、測長用光束の光路上の
気体の屈折率変動を計測するための屈折率変動計測用光
束とを射出する光源部を備えている。そして、測長用光
束と屈折率変動計測用光束との共通光路中に設けられ、
少なくとも測長用光束を第1の測定光路と第1の参照光
路に分割する第1の光束分割光学素子が備えられ、ま
た、さらに第1の参照光路上に設けられた第1の参照光
用反射鏡と、少なくとも第1の測定光路に沿って移動可
能に設けられた移動反射鏡とが設けられている干渉計の
光学系を構成している。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to measure a light beam for measuring a displacement of an object and a fluctuation of a refractive index of a gas on an optical path of the light beam for measuring a refractive index. A light source unit for emitting a light beam is provided. And it is provided in the common optical path of the measuring beam and the refractive index fluctuation measuring beam,
A first light beam splitting optical element that splits at least the length measuring light beam into a first measurement light path and a first reference light path is provided, and further a first reference light beam provided on the first reference light path. An optical system of an interferometer including a reflecting mirror and a movable reflecting mirror movably provided along at least the first measurement optical path is configured.

【0023】そして、第1の参照光路を通過した測長用
光束および第1の測定光路を通過した測長用光束の干渉
光を受光する第1の受光部と、少なくとも第1の測定光
路を通過した屈折率変動計測用光束で生成された干渉光
を受光する第2の受光部とが備えられ、干渉光を受光す
ることによって干渉計が示す移動鏡の変位を検出してい
る。
A first light receiving section for receiving interference light of the measuring beam having passed through the first reference optical path and the measuring beam having passed through the first measuring optical path, and at least the first measuring optical path is provided. A second light receiving unit that receives the interference light generated by the passed refractive index fluctuation measurement light beam, and detects the displacement of the movable mirror indicated by the interferometer by receiving the interference light.

【0024】そしてさらに、光源部から射出された測長
用光束と屈折率変動計測用光束を複数に分割する第2の
光束分割光学素子と、第2の光束分割光学素子で分割さ
れた光束の一の光路中に設けられ、第1の測定光路とは
異なる位置から第1の測定光路と平行に移動反射鏡に向
かう第2の測定光路と、第2の参照光路とに分割する第
3の光束分割光学素子と、第2の参照光路上に設けられ
た第2の参照光用反射鏡とを備えた第2の干渉計の光学
系を有しており、第2の参照光路を通過した測長用光束
および第2の測定光路を通過した測長用光束の干渉光を
受光する第3の受光部と、少なくとも第2の測定光路を
通過した屈折率変動計測用光束で生成された干渉光を受
光する第4の受光部とが備えられている。
Further, a second light beam splitting optical element for splitting the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measuring light beam emitted from the light source unit into a plurality of light beams, and a light beam split by the second light beam splitting optical element. A third measurement optical path provided in one optical path and divided into a second measurement optical path from a position different from the first measurement optical path toward the movable reflecting mirror in parallel with the first measurement optical path, and a second reference optical path; The optical system has a second interferometer optical system including a light beam splitting optical element and a second reference light reflecting mirror provided on the second reference light path, and has passed through the second reference light path. A third light-receiving unit for receiving interference light of the length-measuring light beam and the length-measuring light beam that has passed through the second measuring light path, and interference generated by at least a refractive-index variation measuring light beam that has passed through the second measuring light path; And a fourth light receiving unit for receiving light.

【0025】このように、同一の移動反射鏡に対して、
異なる位置における変位を測定する干渉計を備えてお
り、これらの干渉計は同一光源から発せられた光を用い
ている。また、第2の光束分割素子、複数であればよ
く、必ずしも移動反射鏡上の変位を測定する位置は2ヶ
所とは限られていない。そして、第1乃至第4の受光部
のそれぞれから得られる信号に基づいて移動反射鏡の変
位量を測定することで高精度な移動鏡の変位計測を行っ
ている。
Thus, for the same movable reflecting mirror,
Interferometers for measuring displacements at different positions are provided, and these interferometers use light emitted from the same light source. In addition, the number of the second light beam splitting elements may be plural, and the positions for measuring the displacement on the movable reflecting mirror are not necessarily limited to two. Then, the displacement of the movable mirror is measured with high accuracy by measuring the displacement of the movable reflector based on signals obtained from the first to fourth light receiving units.

【0026】また、上記光波干渉測定装置において、第
2の光束分割光学素子で分割された光束の他の光路中に
設けられ、第1および第2の測定光路とは異なる位置か
ら第1の測定光路と平行に移動反射鏡に向かう第3の測
定光路と、第3の参照光路とに分割する第4の光束分割
光学素子と、第3の参照光路上に設けられた第3の参照
光用反射鏡とで干渉計部分を形成して、第3の参照光路
を通過した測長用光束および第3の測定光路を通過した
測長用光束の干渉光を受光する第5の受光部を設けて、
第1乃至第5の受光部のそれぞれから得られる信号に基
づいて移動反射鏡の変位量を測定することで高精度な移
動鏡の変位計測を行うようにしてもよい。なお、数ナノ
メータのオーダで厳密に変位測定をしなくてもよい位置
の変位計測の場合には、複数の波長による変位計測を行
わなくてもよい。この数ナノメータのオーダは、測定環
境や実験系により異なる。このようにすることで、例え
ば第4の光束分割光学素子を波長特性が一部分だけよい
光学素子を適用できるので、部品選択の幅が広がり、ま
た、コスト削減にもつながる。
In the above-mentioned light wave interference measuring apparatus, the first light beam splitter is provided in another light path of the light beam split by the second light beam splitting optical element, and the first light beam is measured from a position different from the first and second measurement light paths. A third measurement optical path parallel to the optical path toward the movable reflecting mirror, a fourth light beam splitting optical element for splitting into a third reference optical path, and a third reference light path provided on the third reference optical path. Forming an interferometer portion with the reflecting mirror and providing a fifth light receiving section for receiving interference light of the length measuring light beam passing through the third reference light path and the length measuring light beam passing through the third measuring light path. hand,
High-precision displacement measurement of the moving mirror may be performed by measuring the displacement amount of the moving reflecting mirror based on signals obtained from each of the first to fifth light receiving units. In addition, in the case of displacement measurement at a position where displacement measurement is not strictly required on the order of several nanometers, displacement measurement using a plurality of wavelengths may not be performed. The order of several nanometers differs depending on the measurement environment and the experimental system. By doing so, for example, an optical element whose wavelength characteristic is only partially good can be applied to the fourth light beam splitting optical element, so that the range of component selection is widened and the cost is reduced.

【0027】また、光源部は、少なくとも2種以上の周
波数の光を射出するようにしている。こうすることによ
り光路中における屈折率変動を検出することとしてい
る。また、上記目的は、複数のそれぞれ異なる周波数の
光を射出する光源と、光源から射出された光のうち第1
の周波数の光を、移動鏡が設置された測定光路と固定鏡
が設置された参照光路とに分割する第1の分割光学素子
を備え、少なくとも測定光路にはさらに第1の周波数と
は異なる光が通過し、光路中の屈折率変動を補正しつ
つ、移動鏡の変位を計測する干渉計とを備えた光波干渉
測定装置であって、干渉計は複数備えられ、複数の干渉
計のうち一方の干渉計における光が通過する位置に第2
の分割光学素子を備え、第2の分割光学素子で分割され
た光の射出側に、複数の干渉計のうち一方の干渉計とは
異なる干渉計を配置したことを特徴とする光波干渉測定
装置によって達成される。このようにある1つの干渉計
の光路中に光束を分割する素子を備えて、分割された光
の射出側に新たに同一構成の干渉計を備えることで、共
通の同一光源を用いて、複数の干渉計の光路中に光を放
出し、複数の移動鏡の変位を検出することとしている
The light source unit emits light of at least two or more frequencies. By doing so, the change in the refractive index in the optical path is detected. In addition, the object is to provide a light source that emits a plurality of lights of different frequencies, and a first light source out of the light emitted from the light source.
And a first splitting optical element for splitting the light having the frequency of (1) into a measuring optical path provided with a movable mirror and a reference optical path provided with a fixed mirror, and at least the measuring optical path further includes a light different from the first frequency. And an interferometer for measuring the displacement of the movable mirror while correcting the refractive index fluctuation in the optical path, wherein a plurality of interferometers are provided, and one of the plurality of interferometers is provided. In the position where light passes through the interferometer
An interferometer different from one of the plurality of interferometers is arranged on the emission side of the light split by the second split optical element. Achieved by By providing an element for splitting a light beam in the optical path of a certain interferometer and newly providing an interferometer having the same configuration on the exit side of the split light, a plurality of light sources can be shared using the same light source. Emits light into the optical path of the interferometer and detects the displacement of multiple moving mirrors

【0028】本発明によれば、測定光路における屈折率
変動を測定して補正するのみならず、平面鏡である移動
鏡のピッチングやヨーイングを補正し、且つピッチン
グ、ヨーイング補正のための測定光路の屈折率変動補正
をもすることができる光波干渉測定装置を実現すること
ができる。
According to the present invention, not only the refractive index fluctuation in the measurement optical path is measured and corrected, but also the pitching and yawing of the moving mirror which is a plane mirror is corrected, and the refraction of the measurement optical path for pitching and yawing correction is corrected. It is possible to realize a light wave interference measurement device that can also perform rate fluctuation correction.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
光波干渉測定装置を図1および図2を用いて説明する。
本実施の形態による光波干渉測定装置はホモダイン干渉
方式を用いた干渉測定装置であり、その概略の構成を図
1を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical interference measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The light wave interference measurement apparatus according to the present embodiment is an interference measurement apparatus using a homodyne interference method, and a schematic configuration thereof will be described with reference to FIG.

【0030】光源1からは周波数f2の光が射出し、一
部が周波数変換素子10により周波数f3(f3=2×
f2)の光に変換され、周波数変換素子10からは周波
数f2と周波数f3の光が同軸で射出する。この同軸と
なった周波数f2と周波数f3の偏光方位は、周波数変
換素子の射出側に配置されている偏光分離素子70の入
射面に対して大体45°の方位を向くように設定されて
いる。周波数変換素子10を射出した周波数f2と周波
数f3の光の一部は、反射鏡92により反射し光束30
1として図2に示す光学系を伝搬する。説明を簡潔にす
るために図1においては図2に示す光学系の図示を省略
しているが、図2に示すように光束301は図1に示す
移動鏡51に入射する。
Light having a frequency f2 is emitted from the light source 1, and a part of the light is emitted by the frequency conversion element 10 to a frequency f3 (f3 = 2 ×
The light of frequency f2) is converted into light of frequency f2, and light of frequency f2 and frequency f3 is emitted from the frequency conversion element 10 coaxially. The polarization directions of the coaxial frequencies f2 and f3 are set so as to be oriented at approximately 45 ° with respect to the incident surface of the polarization separation element 70 arranged on the emission side of the frequency conversion element. A part of the light of the frequency f2 and the frequency f3 emitted from the frequency conversion element 10 is reflected by the reflecting mirror 92 and is reflected by the light flux 30.
The light propagates through the optical system shown in FIG. Although the optical system shown in FIG. 2 is not shown in FIG. 1 for simplicity, the light beam 301 is incident on the movable mirror 51 shown in FIG. 1 as shown in FIG.

【0031】反射鏡92を透過した周波数f2の光と周
波数f3の光は、偏光分離素子70に入射し、周波数f
2の光と周波数f3の光のそれぞれが、偏光分離素子7
0により参照光と測定光に分離する。
The light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 transmitted through the reflecting mirror 92 are incident on the polarization splitting element 70 and have the frequency f.
2 and the light of frequency f3, respectively,
0 separates the light into reference light and measurement light.

【0032】偏光分離素子70で反射した周波数f2の
光および周波数f3の光は参照光として反射鏡40と波
長板100を通過して平面鏡の固定鏡50で反射し、再
び偏光分離素子70に向かう。なお、この波長板100
に2回通過することで、周波数f2と周波数f3の光の
偏光方位が90度変化する。そして、偏光分離素子70
を透過した周波数f2の光および周波数f3の光は測定
光として波長板101を通過して平面鏡の移動鏡51で
反射し、再び偏光分離素子70に向かう。
The light of frequency f2 and the light of frequency f3 reflected by the polarization splitting element 70 pass through the reflecting mirror 40 and the wave plate 100 as reference light, are reflected by the fixed mirror 50 as a plane mirror, and travel toward the polarization splitting element 70 again. . Note that this wave plate 100
Twice, the polarization direction of the light having the frequency f2 and the frequency f3 changes by 90 degrees. Then, the polarization separation element 70
The light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 transmitted through the wavelength plate 101 pass through the wavelength plate 101 as the measurement light, are reflected by the movable mirror 51 of the plane mirror, and travel toward the polarization splitter 70 again.

【0033】参照光路を通った周波数f2、f3の光と
測定光路を通った周波数f2、f3の光は、偏光分離素
子70で同軸になった後、参照光路を通った周波数f
2、f3の光と測定光路を通った周波数f2、f3の光
が測定部104に入射する。この測定部104は、周波
数f2の光の一部のみを反射し、他の周波数の光を透過
する周波数分離素子81と、周波数分離素子81で反射
された光を干渉させて受光する受光素子36と、周波数
分離素子81を透過した測定光路を通った周波数f2、
f3の光を反射し、参照光路を通った周波数f2、f3
の光を透過する偏光分離素子71と、偏光分離素子71
で反射された周波数f2の光を周波数f3の光と同じ周
波数に周波数変換する周波数変換素子11と、周波数変
換素子11で変換された周波数f2の光と偏光分離素子
71で反射された周波数f3の光とを干渉させて受光す
る受光素子31と、そして、偏光分離素子71で透過し
た周波数f2の光を周波数f3の光と同じ周波数に周波
数変換する周波数変換素子12と、周波数変換素子12
で変換された周波数f2の光と偏光分離素子71を透過
した周波数f3の光とを干渉させて受光する受光素子3
2とで光学系が構成されている。
The lights of frequencies f2 and f3 passing through the reference light path and the lights of frequencies f2 and f3 passing through the measurement light path are made coaxial by the polarization separating element 70, and then are transmitted through the reference light path.
The light of frequencies f2 and f3 passing through the measurement optical path and the light of frequencies f2 and f3 enter the measurement unit 104. The measurement unit 104 includes a frequency separation element 81 that reflects only a part of the light of the frequency f2 and transmits light of another frequency, and a light receiving element 36 that receives the light reflected by the frequency separation element 81 by causing interference. And the frequency f2 passing through the measurement optical path transmitted through the frequency separation element 81,
Frequency f2, f3 that reflects light of f3 and passes through the reference optical path
Polarization separating element 71 that transmits light of
The frequency conversion element 11 converts the light of the frequency f2 reflected by the frequency f3 into the same frequency as the light of the frequency f3, and the light of the frequency f2 converted by the frequency conversion element 11 and the frequency f3 reflected by the polarization separation element 71. A light receiving element 31 for receiving light by interfering with light; a frequency conversion element 12 for converting the light of frequency f2 transmitted through the polarization separation element 71 to the same frequency as the light of frequency f3;
Light-receiving element 3 for receiving the light of frequency f2 converted by the above and the light of frequency f3 transmitted through polarization separating element 71 by interfering with each other
2 constitutes an optical system.

【0034】ところで、測定部104に入射した光のう
ち、参照光路を通った周波数F2の光と測定光路を通っ
た周波数F2の光の一部が周波数分離素子81で反射さ
れ、変位干渉計を構成して受光素子36で光電変換され
る。受光素子36では、ホモダイン干渉を利用してい
て、その干渉光の強度変化を電気信号に変換して演算装
置5に出力される。演算装置5では、ホモダイン干渉の
電気信号の位相変化に基づいて、移動鏡51の矢印方向
の光路長変化D(f2)を求める。
By the way, of the light incident on the measuring section 104, part of the light of the frequency F2 passing through the reference optical path and part of the light of the frequency F2 passing through the measuring optical path are reflected by the frequency separation element 81, and the displacement interferometer is operated. It is configured and photoelectrically converted by the light receiving element 36. The light receiving element 36 uses homodyne interference, converts the intensity change of the interference light into an electric signal, and outputs the electric signal to the arithmetic unit 5. The arithmetic unit 5 obtains the optical path length change D (f2) of the movable mirror 51 in the direction of the arrow based on the phase change of the electric signal of the homodyne interference.

【0035】周波数分離素子81を透過した参照光路を
通過した周波数f2、f3の光と、測定光路を通過した
周波数f2、f3の光とは、偏光分離素子71で再び参
照光と測定光に分離される。偏光分離素子71で反射し
た周波数f2、f3の光、すなわち参照光路を通過した
周波数f2、f3の光は周波数変換素子11に入射し、
周波数分離素子71を透過した周波数f2、f3の光、
すなわち測定光路を通過した周波数f2、f3の光は周
波数変換素子12に入射する。周波数変換素子11、1
2では、周波数の低い周波数f2の光が、周波数の高い
周波数f3の光に高調波変換され、当初からの周波数f
3の光はそのまま透過する。
The lights of frequencies f2 and f3 passing through the reference light path transmitted through the frequency separation element 81 and the lights of frequencies f2 and f3 passing through the measurement light path are separated again by the polarization separation element 71 into reference light and measurement light. Is done. The light of frequencies f2 and f3 reflected by the polarization splitting element 71, that is, the light of frequencies f2 and f3 passing through the reference optical path enters the frequency conversion element 11,
Light of frequencies f2 and f3 transmitted through the frequency separation element 71,
That is, the lights of the frequencies f2 and f3 that have passed through the measurement optical path enter the frequency conversion element 12. Frequency conversion element 11, 1
2, the light of the low frequency f2 is harmonic-converted into the light of the high frequency f3, and the frequency f
The light of No. 3 is transmitted as it is.

【0036】こうして、周波数変換素子11、12によ
って周波数変換された周波数f3の光は、当初に周波数
変換素子10で周波数変換されている周波数f3の光と
干渉した後、各干渉光が受光素子31および32でそれ
ぞれ光電変換される。
In this manner, the light of the frequency f3 whose frequency has been converted by the frequency conversion elements 11 and 12 first interferes with the light of the frequency f3 whose frequency has been converted by the frequency conversion element 10, and then each interference light is converted to the light receiving element 31. And 32 are respectively photoelectrically converted.

【0037】受光素子31では参照光路を通った周波数
f2の光と周波数f3の光による干渉信号が生成され、
受光素子32では測定光路を通った周波数f2の光と周
波数f3の光による干渉信号が生成される。受光素子3
1、および受光素子32からの干渉信号は、ともに演算
装置5に供給される。
In the light receiving element 31, an interference signal is generated by the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the reference light path.
In the light receiving element 32, an interference signal is generated by the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the measurement optical path. Light receiving element 3
1 and the interference signal from the light receiving element 32 are both supplied to the arithmetic unit 5.

【0038】演算装置5では、参照光路を通った周波数
f2の光と周波数f3の光とによる干渉信号と、測定光
路を通った周波数f2の光と周波数f3の光とによる干
渉信号との位相差に基づいて、周波数f3の光に対する
光路長変化D(f3)と周波数f2の光に対する光路長
変化(f2)との差である{D(f3)−D(f2)}
を求める。
In the arithmetic unit 5, the phase difference between the interference signal caused by the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the reference light path and the interference signal caused by the light having the frequency f2 and the light having the frequency f3 passing through the measurement light path. {D (f3) -D (f2)}, which is the difference between the optical path length change D (f3) for the light of frequency f3 and the optical path length change (f2) for the light of frequency f2.
Ask for.

【0039】演算装置5ではさらに、変位干渉計で測定
した移動鏡51の変位量D(f2)を{D(f3)−D
(f2)}を用いて屈折率変動を補正し、真の変位量
(幾何学的な距離)Dを求める。以下、移動鏡51の変
位量D(f2)から真の変位量(幾何学的な距離)Dへ
の補正について説明する。周波数f2および周波数f3
の光に対する光路長変化D(f2)およびD(f3)
は、それぞれ次の(式5)および(式6)により表され
る。
The arithmetic unit 5 further calculates the displacement D (f2) of the movable mirror 51 measured by the displacement interferometer as {D (f3) -D
(F2) The refractive index fluctuation is corrected using}, and the true displacement amount (geometric distance) D is obtained. Hereinafter, the correction from the displacement amount D (f2) of the movable mirror 51 to the true displacement amount (geometric distance) D will be described. Frequency f2 and frequency f3
Path length changes D (f2) and D (f3) for the light of
Is represented by the following (Equation 5) and (Equation 6), respectively.

【0040】 D(f2)={1+N・F(f2)}×D ・・・(式5) D(f3)={1+N・F(f3)}×D ・・・(式6)D (f2) = {1 + NF (f2)} × D (Equation 5) D (f3) = {1 + NF (f3)} × D (Equation 6)

【0041】ここで、Dは幾何学的な距離であり、Nは
空気の密度である。またF(f)は、空気の構成比が不
変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数f
のみに依存する関数である。上記(式5)および(式
6)より、幾何学的距離Dは次の(式7)により与えら
れる。
Where D is the geometric distance and N is the density of air. Further, F (f) is the frequency f of light without depending on the density of air if the composition ratio of air is unchanged.
It depends only on the function. From the above (Equation 5) and (Equation 6), the geometric distance D is given by the following (Equation 7).

【0042】 D=D(f2)−A・{D(f3)−D(f2)} ・・・(式7) 但し、A=F(f2)/(F(f3)−F(f2))で
ある。
D = D (f2) −A · {D (f3) −D (f2)} (Equation 7) where A = F (f2) / (F (f3) −F (f2)) It is.

【0043】次に、図2を用いて移動鏡51の変動量を
検出する光学系について説明する。図2における光束3
01は、図1に示す光分離素子92で反射した周波数f
2と周波数f3の光で構成されている。図2の光束30
0は図1における波長板101を透過した測定光を示し
ている。図2に示すように光束301は、光分離素子9
0、91により3つの光束に分割される。光分離素子9
1で反射した周波数f2と周波数f3の光は、反射鏡4
2と干渉部200と測定部133により移動鏡51の位
置402における変位を測定することができる。ここ
で、干渉部200は偏光分離素子と反射鏡と位相板から
構成されていて、干渉部200に設けられた偏光分離素
子は、光束301の偏光方位に対して入射面が45度に
なるように設置されている。そして、干渉部200に設
置されている位相板は、干渉部200に設置されている
反射鏡と偏光分離素子との間の光路中に配置されてお
り、干渉部200内の偏光分離素子と反射鏡を光が1往
復することで、偏光方位が90度変化するものを用いて
いる。また、同様な作用をする位相板は、移動鏡51と
干渉部200内の偏光分離素子との間にも配置されてい
る。
Next, an optical system for detecting the amount of fluctuation of the movable mirror 51 will be described with reference to FIG. Light flux 3 in FIG.
01 is the frequency f reflected by the light separating element 92 shown in FIG.
2 and light of frequency f3. The light beam 30 of FIG.
Reference numeral 0 denotes the measurement light transmitted through the wave plate 101 in FIG. As shown in FIG. 2, the light beam 301 is
The light is divided into three light beams by 0 and 91. Light separating element 9
The light of frequency f2 and frequency f3 reflected by
The displacement at the position 402 of the movable mirror 51 can be measured by the interference unit 200, the interference unit 200, and the measurement unit 133. Here, the interference unit 200 includes a polarization splitting element, a reflecting mirror, and a phase plate. The polarization splitting element provided in the interference unit 200 has an incident plane of 45 degrees with respect to the polarization direction of the light beam 301. It is installed in. The phase plate provided in the interference unit 200 is disposed in the optical path between the reflection mirror and the polarization separation element provided in the interference unit 200, and the phase plate in the interference unit 200 is not reflected by the reflection plate. A device in which the polarization direction changes by 90 degrees when light makes one round trip through the mirror is used. In addition, a phase plate having the same function is also arranged between the movable mirror 51 and the polarization splitting element in the interference unit 200.

【0044】このような構成を有する干渉部200内に
入射した光のうち、一部は透過して移動鏡51へ、その
他は反射して干渉部200内に設けられた反射鏡へ伝搬
する。そして、移動鏡51を反射した光と干渉部200
内に設けられた反射鏡を反射した光は、それぞれ同軸に
なって干渉部200を射出し、測定部133に入射する
ような構成になっている。この測定部で検出した信号に
基づいて、演算装置7で位置402における変位を測定
することができる。なお、測定部133については、図
1に示された測定部104と同様の構成を有している。
このような構成を有した測定部133で得られた信号は
演算装置7に出力されるように接続されている。
A part of the light that has entered the interference unit 200 having such a configuration is transmitted and travels to the movable mirror 51, and the other light is reflected and propagates to the reflection mirror provided in the interference unit 200. Then, the light reflected by the movable mirror 51 and the interference unit 200
The light reflected by the reflecting mirrors provided therein coaxially exits the interference unit 200 and enters the measuring unit 133. Based on the signal detected by the measurement unit, the displacement at the position 402 can be measured by the arithmetic unit 7. The measuring section 133 has the same configuration as the measuring section 104 shown in FIG.
The signal obtained by the measuring unit 133 having such a configuration is connected so as to be output to the arithmetic unit 7.

【0045】同様に光分離素子91を透過した周波数f
2と周波数f3の光を、干渉部200と同様の構成を有
した干渉部201に入射させる。そして、干渉部201
から射出した周波数f2と周波数f3の光を測定部13
4で受光する。このようにして測定部134から得られ
た信号に基づき演算装置7で演算を行うことで、移動鏡
51上の位置403における変位を測定できる。
Similarly, the frequency f transmitted through the light separating element 91
Light of frequency 2 and frequency f3 is incident on an interference unit 201 having the same configuration as that of the interference unit 200. Then, the interference unit 201
The light of frequency f2 and frequency f3 emitted from the
The light is received at 4. In this way, the arithmetic unit 7 performs an arithmetic operation based on the signal obtained from the measuring unit 134, whereby the displacement at the position 403 on the movable mirror 51 can be measured.

【0046】また、同様に光分離素子90で反射してさ
らに反射鏡41を反射した周波数f2と周波数f3の光
は、干渉部200と同様の構成を有した干渉部202と
測定部133と同様の構成を有した測定部135、そし
て測定部135から出力された信号に基づき所定の演算
を行う演算装置7により移動鏡51上の位置404にお
ける変位を測定できるようになっている。
Similarly, the light of the frequency f2 and the frequency f3 reflected by the light separating element 90 and further reflected by the reflecting mirror 41 are the same as those of the interference unit 202 and the measuring unit 133 having the same configuration as the interference unit 200. The displacement at the position 404 on the movable mirror 51 can be measured by the measuring unit 135 having the configuration described above and the arithmetic unit 7 which performs a predetermined operation based on the signal output from the measuring unit 135.

【0047】演算装置7による演算結果から、移動鏡5
1上の位置402と位置403の変位の差より図2の座
標系のρ方向の回転角がわかり、位置403と位置40
4の変位の差より図2の座標系のφ方向の回転角がわか
るため、この角度相当の変化を補正することで、移動鏡
51の傾きによる測長誤差を解消することができる。と
ころで、本実施の形態では、ρ方向の回転角及びφ方向
の回転角の算出は、演算装置7で行っている。
From the operation result by the operation device 7, the moving mirror 5
2, the rotation angle in the ρ direction of the coordinate system of FIG.
Since the rotation angle in the φ direction of the coordinate system in FIG. 2 can be determined from the difference between the displacements of FIG. 4 and FIG. 4, by correcting the change corresponding to this angle, the length measurement error due to the inclination of the movable mirror 51 can be eliminated. In the present embodiment, the calculation of the rotation angle in the ρ direction and the rotation angle in the φ direction is performed by the arithmetic unit 7.

【0048】なお、この光波干渉測定装置を搭載する装
置の種類によって、必ずしも数ナノメートルの精度で変
位を測定する必要のない位置がでてくる。このような位
置を光波干渉測定装置で測定する場合には、1つの周波
数の光のみホモダイン干渉を行い、その結果を受光して
変位測定を行うことでもよい。
Depending on the type of the device on which the optical interference measuring device is mounted, there are positions where it is not necessary to measure the displacement with an accuracy of several nanometers. When such a position is measured by the light wave interference measurement device, homodyne interference may be performed only on light of one frequency, and the result may be received to perform displacement measurement.

【0049】具体的には、例えば、φ方向の変位である
ヨーイングに対してρ方向の変位であるピッチングの測
定精度を向上しなくともよい場合には、図2で示す移動
鏡51上の位置402の変位を計測する測定部133に
ついては、偏光分離素子71、周波数変換素子11、1
2、受光素子31、32を備えず、周波数分離素子81
と受光素子36のみで構成しても構わない。
Specifically, for example, when it is not necessary to improve the measurement accuracy of the pitching which is the displacement in the ρ direction with respect to the yawing which is the displacement in the φ direction, the position on the movable mirror 51 shown in FIG. Regarding the measurement unit 133 for measuring the displacement of 402, the polarization separation element 71, the frequency conversion element 11,
2, the frequency separation element 81 without the light receiving elements 31 and 32
And the light receiving element 36 alone.

【0050】このように、高精度な変位測定を必要とし
ない位置について計測を行う干渉計の光学素子を減らす
ことができるので、コンパクトでコストのかからない光
波干渉測定装置を実現することができる。また、1つの
周波数の光のみで変位を測定する場合、干渉部200内
の偏光分離素子も安価な一波長対応の素子が使えるよう
になるので、さらにコストダウンを図ることができるよ
うになる。なお、周波数分離素子81の代わりに周波数
f2の光のみを透過する帯域フィルタを用い、このフィ
ルタの射出側に受光素子36を配置することでもよい。
As described above, since the number of optical elements of the interferometer for performing measurement at a position where high-precision displacement measurement is not required can be reduced, a compact and inexpensive optical interference measuring apparatus can be realized. In addition, when displacement is measured using only one frequency of light, an inexpensive one-wavelength-compatible element can be used as the polarization splitting element in the interference section 200, so that the cost can be further reduced. Note that, instead of the frequency separating element 81, a band-pass filter that transmits only light of the frequency f2 may be used, and the light receiving element 36 may be arranged on the emission side of this filter.

【0051】なお、ここでは変位干渉計での測長に用い
た光を周波数f2の光にしたが、周波数f3の光でも全
く問題ない。以上、本実施の形態では、変位測定と共に
測定光路の屈折率変動を測定できる光波干渉測定装置
に、さらに移動鏡の移動に伴う角度変動等を、屈折率変
動による影響を受けずに測定し、その測定結果から高精
度な移動鏡の変位測定を可能とする光波干渉測定装置を
示した。
Here, the light used for the length measurement by the displacement interferometer is the light having the frequency f2, but the light having the frequency f3 does not cause any problem. As described above, in the present embodiment, the light wave interference measurement apparatus capable of measuring the refractive index fluctuation of the measurement optical path together with the displacement measurement, further measures the angle fluctuation due to the movement of the movable mirror without being affected by the refractive index fluctuation, Based on the measurement results, a light wave interferometer capable of measuring the displacement of the movable mirror with high accuracy was presented.

【0052】次に、本発明の第2の実施の形態による光
波干渉測定装置を図3乃至図5を用いて説明する。本実
施の形態における光波干渉測定装置は、ヘテロダイン干
渉法により変位測定、及び測定光路の屈折率変動測定を
行うと共に、移動鏡の角度変化を測定する光学系を有
し、さらに移動鏡の角度変化を測定する光路の屈折率変
動も測定して補正することができることを特徴としてい
る。図3は、本実施の形態による光波干渉測定装置の変
位測定、及び測定光路の屈折率変動測定を行う構成の概
略を示している。図4は、移動鏡のピッチング成分の測
定を行いながら、ピッチング測定の測定光路の空気の屈
折率変動も同時に測定する光学系を示している。図5
は、移動鏡のヨーイング成分の測定を行いながら、ヨー
イング測定の測定光路の空気の屈折率変動も同時に測定
する光学系を示している。
Next, an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light wave interference measurement apparatus according to the present embodiment has an optical system that measures displacement by heterodyne interferometry and refractive index fluctuation of a measurement optical path, and also measures an angle change of a moving mirror. It is characterized in that the refractive index fluctuation of the optical path for measuring can be measured and corrected. FIG. 3 schematically shows a configuration for performing displacement measurement of the optical interference measurement apparatus according to the present embodiment and measurement of refractive index fluctuation of a measurement optical path. FIG. 4 shows an optical system for measuring the pitching component of the moving mirror and simultaneously measuring the fluctuation of the refractive index of air in the measurement optical path of the pitching measurement. FIG.
2 shows an optical system that measures the yaw component of the movable mirror and simultaneously measures the change in the refractive index of air in the measurement optical path of the yaw measurement.

【0053】まず、図3を用いて本実施の形態による光
波干渉測定装置の概略の構成を説明する。光源2は周波
数f2と周波数f3(f3=2×f2)の光を射出す
る。光源2から射出した周波数f2の光は、波長板10
2により偏光方位が回転させられた後、偏光分離素子7
2により2つの光路に分離される。波長板102では偏
光分離素子72における分割比を変えることができる。
偏光分離素子72で反射した光は反射鏡60で反射して
音響光学素子22に入射して周波数変調されて周波数f
2’’の光となり、偏光分離素子72を透過した光は音
響光学素子21に入射して周波数変調されて周波数f
2’の光となる。周波数f2’の光は反射鏡61で反射
して偏光結合素子73に向かう。ここで、図示していな
いが偏光分離素子72から反射鏡61を介した偏光結合
素子73への経路と偏光分離素子72から反射鏡60を
介した偏光結合素子73への経路とのそれぞれに波長板
が挿入されている。周波数f2’と周波数f2’’の光
は偏光結合素子73から同軸で射出し、周波数結合素子
81を透過する。
First, the schematic configuration of the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The light source 2 emits light of frequency f2 and frequency f3 (f3 = 2 × f2). The light of frequency f2 emitted from the light source 2 is
After the polarization direction is rotated by 2, the polarization separation element 7
2 separates the light into two light paths. In the wavelength plate 102, the division ratio in the polarization splitting element 72 can be changed.
The light reflected by the polarization separating element 72 is reflected by the reflecting mirror 60, enters the acousto-optic element 22, is frequency-modulated, and has a frequency f
2 '', and the light transmitted through the polarization splitting element 72 enters the acousto-optic element 21 and is frequency-modulated to a frequency f
2 'light. Light having the frequency f2 'is reflected by the reflecting mirror 61 and travels to the polarization coupling element 73. Here, although not shown, wavelengths are respectively assigned to a path from the polarization separation element 72 to the polarization coupling element 73 via the reflection mirror 61 and a path from the polarization separation element 72 to the polarization coupling element 73 via the reflection mirror 60. The plate has been inserted. Light having the frequency f2 ′ and the frequency f2 ″ is emitted coaxially from the polarization coupling element 73 and passes through the frequency coupling element 81.

【0054】一方、光源2から射出した周波数f3の光
は、波長板103により偏光方位が回転させられた後、
偏光分離素子74により2つの光路に分離される。波長
板103では偏光分離素子74における分割比を変える
ことができる。偏光分離素子74で反射した光は反射鏡
62で反射して音響光学素子23に入射して周波数変調
されて周波数f3’’の光となり、偏光分離素子74を
透過した光は音響光学素子20に入射して周波数変調さ
れて周波数f3’の光となる。周波数f3’’の光は反
射鏡63で反射して偏光結合素子75に向かう。ここ
で、図示していないが偏光分離素子74から反射鏡6
2、63を介した偏光結合素子75への経路と偏光分離
素子74から音響光学素子20を介した偏光結合素子7
5への経路とのそれぞれに波長板が挿入されている。周
波数f3’と周波数f3’’の光は偏光結合素子75か
ら同軸で射出し、反射鏡43で反射されて周波数結合素
子81に向かい、周波数結合素子81で周波数f2’、
f2’’の光と同軸になる。なお、この周波数f2’、
f2’’と、周波数f3’、f3’’との間には、
On the other hand, the light having the frequency f3 emitted from the light source 2 is rotated by the wave plate 103 in the polarization direction.
The light is split into two optical paths by the polarization splitting element 74. In the wavelength plate 103, the division ratio in the polarization splitting element 74 can be changed. The light reflected by the polarization separation element 74 is reflected by the reflection mirror 62 and is incident on the acousto-optic element 23 to be frequency-modulated to become light of a frequency f3 ″. The incident light is frequency-modulated to become light of frequency f3 '. The light having the frequency f3 ″ is reflected by the reflecting mirror 63 and travels to the polarization coupling element 75. Here, although not shown, the reflection mirror 6 is
The path to the polarization coupling element 75 via the second and 63 and the polarization coupling element 7 from the polarization separation element 74 via the acousto-optic element 20
A wave plate is inserted in each of the paths to 5. The light of the frequency f3 ′ and the frequency f3 ″ exits coaxially from the polarization coupling element 75, is reflected by the reflecting mirror 43, and travels toward the frequency coupling element 81.
It becomes coaxial with the light of f2 ''. Note that this frequency f2 ',
f2 ″ and frequencies f3 ′ and f3 ″,

【0055】f3’≠2・f2’ f3’’≠2・f2’’ f3’’−2・f2’’=f3’−2・f2’F3 '≠ 2 · f2 ’f3 ″ ≠ 2 · f2 ″ f3 ″ −2 · f2 ″ = f3′−2 · f2 ′

【0056】の関係がある。これ以後、図3に示した光
源2から周波数結合素子81までをまとめて光源部20
5と呼ぶことにする。
There is the following relationship. Thereafter, the components from the light source 2 to the frequency coupling element 81 shown in FIG.
Let's call it 5.

【0057】光源部205から射出したこれら周波数f
2’、f2’’、周波数f3’、f3’’の光は、光分
離素子93で分離されて測定部204a、204b、2
04cにそれぞれ入射する。なお、光分離素子93は全
ての周波数の光を2つに分割できる光学素子である。
These frequencies f emitted from the light source unit 205
Lights of 2 ′, f2 ″ and frequencies f3 ′, f3 ″ are separated by the light separating element 93 and are measured by the measuring units 204a, 204b,
04c. The light separating element 93 is an optical element that can split light of all frequencies into two.

【0058】次に、測定部204aでは、移動鏡51の
変位測定と、測定光路の空気の屈折率変動の測定が行わ
れ、測定部204b、204cでは、それぞれ移動鏡5
1のピッチング、ヨーイング成分の測定と、その測定光
路の空気の屈折率変動の測定が行われるようになってい
る。これら測定部204a、204b、204cの構成
は同一であるので、図3においては測定部204aの構
成のみを示し、他の測定部204b、204cの図示は
省略している。
Next, the measuring section 204a measures the displacement of the movable mirror 51 and the fluctuation of the refractive index of the air in the measuring optical path, and the measuring sections 204b and 204c respectively measure the moving mirror 5
The measurement of the pitching and yawing components of No. 1 and the measurement of the fluctuation of the refractive index of air in the measurement optical path are performed. Since the configurations of the measurement units 204a, 204b, and 204c are the same, only the configuration of the measurement unit 204a is shown in FIG. 3, and the other measurement units 204b and 204c are not shown.

【0059】図3において、光分離素子93を透過した
周波数f2’、f2’’、周波数f3’、f3’’の光
は測定部204aの偏光分離素子70に入射し、それぞ
れ偏光分離素子70により参照光と測定光に分離する。
In FIG. 3, the light having the frequencies f2 ′ and f2 ″ and the frequencies f3 ′ and f3 ″ transmitted through the light separation element 93 is incident on the polarization separation element 70 of the measuring section 204a, Separate into reference light and measurement light.

【0060】偏光分離素子70で周波数f2’’の光と
周波数f3’’の光は反射して参照光として反射鏡44
と波長板100を通過して平面鏡の固定鏡50で反射
し、再び偏光分離素子70に向かう。偏光分離素子70
を透過した周波数f2’の光および周波数f3’の光は
測定光として波長板101を通過して平面鏡の移動鏡5
1で反射し、再び偏光分離素子70に向かう。
The light having the frequency f 2 ″ and the light having the frequency f 3 ″ are reflected by the polarization separating element 70 and are used as reference light by the reflecting mirror 44.
Then, the light passes through the wave plate 100 and is reflected by the fixed mirror 50 as a plane mirror, and then travels to the polarization splitter 70 again. Polarization separation element 70
The light having the frequency f2 'and the light having the frequency f3' transmitted through the wavelength plate 101 pass through the wavelength plate 101 as measurement light,
The light is reflected at 1 and goes to the polarization splitting element 70 again.

【0061】参照光路を通った周波数f2’’とf
3’’の光と測定光路を通った周波数f2’とf3’の
光は偏光分離素子70で同軸になった後、参照光路を通
った周波数f2’’の光と測定光路を通った周波数f
2’の光の一部が周波数分離素子80で反射して変位干
渉計を構成して受光素子30で光電変換される。受光素
子30で光電変換された光は、ヘテロダイン干渉して電
気信号として演算装置6に出力される。演算装置6で
は、ヘテロダイン干渉の電気信号の位相変化に基づい
て、移動鏡51の矢印方向の光路長の変化D(f2)を
求める。
The frequencies f2 ″ and f2 passing through the reference optical path
After the light of 3 ″ and the light of frequencies f2 ′ and f3 ′ passing through the measurement optical path are made coaxial by the polarization separating element 70, the light of frequency f2 ″ passing through the reference optical path and the frequency f passing through the measurement optical path
A part of the 2 ′ light is reflected by the frequency separation element 80 to constitute a displacement interferometer and is photoelectrically converted by the light receiving element 30. The light photoelectrically converted by the light receiving element 30 is subjected to heterodyne interference and output to the arithmetic unit 6 as an electric signal. The arithmetic unit 6 obtains a change D (f2) in the optical path length of the movable mirror 51 in the direction of the arrow based on the phase change of the electric signal of the heterodyne interference.

【0062】周波数分離素子80を透過した参照光路を
通過した周波数f2’’とf3’’の光と、測定光路を
通過した周波数f2’とf3’の光とは、偏光分離素子
71で再び参照光と測定光に分離される。偏光分離素子
71で反射した周波数f2’’とf3’’の光、すなわ
ち参照光路を通過した光は周波数変換素子11に入射
し、周波数の低い周波数f2’’の光が高調波変換され
て周波数2・f2’’の光となり、周波数f3’’の光
はそのまま透過する。周波数2・f2’’の光と周波数
f3’’の光は受光素子31に入射して光電変換され
る。受光素子31で光電変換された光は、ヘテロダイン
干渉して電気信号として演算装置6に出力される。演算
装置6では、ヘテロダイン干渉の電気信号の位相変化に
基づいて、参照光路の空気の屈折率変動による光路長の
変化を求める。
The light of frequencies f 2 ″ and f 3 ″ passing through the reference light path transmitted through the frequency separation element 80 and the light of frequencies f 2 ′ and f 3 ′ passing through the measurement light path are referenced again by the polarization separation element 71. Light and measurement light. The light having the frequencies f2 ″ and f3 ″ reflected by the polarization splitting element 71, that is, the light having passed through the reference optical path, enters the frequency conversion element 11, and the light having the low frequency f2 ″ is harmonic-converted to the frequency. It becomes light of 2 · f2 ″, and light of frequency f3 ″ is transmitted as it is. The light of frequency 2 · f2 ″ and the light of frequency f3 ″ are incident on the light receiving element 31 and are photoelectrically converted. The light photoelectrically converted by the light receiving element 31 undergoes heterodyne interference and is output to the arithmetic unit 6 as an electric signal. The arithmetic unit 6 determines a change in the optical path length due to a change in the refractive index of air in the reference optical path based on the phase change of the electric signal of the heterodyne interference.

【0063】一方、周波数分離素子71を透過した周波
数f2’とf3’の光、すなわち測定光路を通過した光
は周波数変換素子12に入射し、周波数の低い周波数f
2’の光が高調波変換されて2・f2’の光になり、周
波数f3’の光はそのまま透過する。周波数2・f2’
の光と周波数f3’の光は受光素子32に入射して光電
変換される。受光素子32で光電変換された光は、ヘテ
ロダイン干渉して電気信号として演算装置6に出力され
る。演算装置6では、ヘテロダイン干渉の電気信号の位
相変化に基づいて、測長光路の空気の屈折率変動による
光路長の変化を求める。
On the other hand, the light having the frequencies f 2 ′ and f 3 ′ transmitted through the frequency separation element 71, that is, the light having passed through the measurement optical path, enters the frequency conversion element 12, and has a low frequency f
The light of 2 'is harmonic-converted into light of 2 · f2', and the light of frequency f3 'is transmitted as it is. Frequency 2 · f2 '
And the light of frequency f3 'enter the light receiving element 32 and are photoelectrically converted. The light photoelectrically converted by the light receiving element 32 undergoes heterodyne interference and is output to the arithmetic unit 6 as an electric signal. The arithmetic unit 6 obtains a change in the optical path length due to a change in the refractive index of air in the length measuring optical path based on the phase change of the electric signal of the heterodyne interference.

【0064】演算装置6では、参照光路と測定光路の空
気の屈折率変動の差による光路長の変化に基づいて、変
位干渉計で測定した移動鏡51の変位量を補正して真の
変位量(幾何学的な距離)Dを求める。このようにして
測定部204aにより移動鏡51の移動変位量を求める
ことができる。
The arithmetic unit 6 corrects the displacement of the movable mirror 51 measured by the displacement interferometer based on the change in the optical path length due to the difference in the refractive index fluctuation of the air between the reference optical path and the measurement optical path, and corrects the true displacement. (Geometric distance) D is obtained. In this manner, the moving displacement amount of the movable mirror 51 can be obtained by the measuring unit 204a.

【0065】以上、測定部204aでの移動鏡51の変
位測定について説明してきたが、これと全く同様な測定
部204b、204cによって、移動鏡51の異なる変
位成分も測定することができる。
The displacement measurement of the movable mirror 51 by the measuring section 204a has been described above, but different displacement components of the movable mirror 51 can be measured by the measuring sections 204b and 204c which are completely the same.

【0066】次に、図4を用いて本実施の形態における
移動鏡51のピッチング(移動鏡51のρ方向の傾き角
度)の測定およびその測定光路の屈折率変動の測定をす
る際の光学系の配置について説明する。図4は、移動鏡
51の変位およびピッチングの測定、およびそれらの測
定光路の空気の屈折率変動測定を行う構成を示す斜視図
である。光源部205から射出した複数の周波数の光
は、光分離素子93によりそれぞれ分離され、光分離素
子93を透過した光は測定部204aに入射する。測定
部204aから射出した二つの光は固定鏡50の位置4
06と移動鏡51の位置407で反射し、再び測定部2
04aに戻ることで固定鏡50と移動鏡51の相対的な
幾何学的な変位が求まる。
Next, referring to FIG. 4, an optical system for measuring the pitching of the movable mirror 51 (the inclination angle of the movable mirror 51 in the ρ direction) and measuring the fluctuation of the refractive index of the measurement optical path in the present embodiment will be described. Will be described. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration for measuring the displacement and pitching of the movable mirror 51 and measuring the fluctuation of the refractive index of air in the measurement optical path. Light of a plurality of frequencies emitted from the light source unit 205 is separated by the light separating element 93, and light transmitted through the light separating element 93 is incident on the measuring unit 204a. The two lights emitted from the measuring unit 204a are located at the position 4 of the fixed mirror 50.
06 and the position 407 of the movable mirror 51, and again the measuring unit 2
By returning to 04a, the relative geometric displacement between the fixed mirror 50 and the movable mirror 51 can be obtained.

【0067】一方、光分離素子93を反射した光は、反
射鏡45を介し測定部204bに入射する。測定部20
4bから射出した二つの光は移動鏡51の位置408
と、同じく移動鏡51の位置409で反射して再び測定
部204bに戻る。そして、位置408で反射された周
波数f2’’の光と位置409で反射された周波数f
2’の光でヘテロダイン干渉させ、測定部204b内の
受光素子30で受光する。また、そのほかの周波数の光
についても、測定部204aと同様にして干渉光が受光
される。各受光素子で得られた信号は、測定部204a
と同様な演算装置に入力され、測定部204aの演算装
置6と同様な演算を行う。このような演算を経て得られ
る変位量から移動鏡51の移動により生じるρ方向の傾
き角度を求めると共に測定部204bと移動鏡51の間
の屈折率変動成分の測定が行われるので、測定光路の屈
折率変動を補正した角度測定を行うことができる。
On the other hand, the light reflected by the light separating element 93 enters the measuring section 204b via the reflecting mirror 45. Measuring unit 20
The two lights emitted from 4b are at the position 408 of the movable mirror 51.
Is reflected at the position 409 of the movable mirror 51 and returns to the measuring section 204b again. Then, the light of frequency f2 ″ reflected at position 408 and the frequency f reflected at position 409
Heterodyne interference is caused by the light 2 ′, and the light is received by the light receiving element 30 in the measurement unit 204b. In addition, interference light is received for light of other frequencies in the same manner as the measurement unit 204a. The signal obtained by each light receiving element is
Is input to the same arithmetic device as that of, and performs the same arithmetic as the arithmetic device 6 of the measuring unit 204a. The inclination angle in the ρ direction caused by the movement of the movable mirror 51 is obtained from the displacement amount obtained through such an operation, and the refractive index fluctuation component between the measuring unit 204b and the movable mirror 51 is measured. Angle measurement can be performed with the refractive index fluctuation corrected.

【0068】測定部204aの演算装置で出力された信
号を測定部204bの演算装置で出力された信号を基
に、この測定部204a内にある演算装置6では、測定
部204aで得られる変位測定データを、測定部204
bから得られる角度測定データに基づいて補正すること
により、より高精度に移動鏡51の変位量を求めること
ができるようになる。
Based on the signal output by the arithmetic unit of the measuring unit 204a, the arithmetic unit 6 in the measuring unit 204a uses the signal output by the arithmetic unit of the measuring unit 204b to measure the displacement obtained by the measuring unit 204a. The data is transferred to the measurement unit 204
By performing correction based on the angle measurement data obtained from b, the displacement amount of the movable mirror 51 can be obtained with higher accuracy.

【0069】次に、図5を用いて本実施の形態における
移動鏡51のヨーイング(移動鏡51のφ方向の傾き角
度)の測定およびその測定光路の屈折率変動の測定をす
る際の光学系の配置について説明する。図5は、移動鏡
51の変位およびヨーイングの測定、およびそれらの測
定光路の空気の屈折率変動測定を行う構成を示す斜視図
である。光源部205から射出した複数の周波数の光
は、光分離素子93によりそれぞれ分離され、光分離素
子93を透過した光は測定部204aに入射する。測定
部204aから射出した二つの光は固定鏡50の位置4
06と移動鏡51の位置407で反射し、再び測定部2
04aに戻ることで固定鏡50と移動鏡51の相対的な
幾何学的な変位が求まる。
Next, referring to FIG. 5, an optical system for measuring the yawing of the movable mirror 51 (the inclination angle of the movable mirror 51 in the φ direction) and measuring the refractive index fluctuation of the measurement optical path in the present embodiment. Will be described. FIG. 5 is a perspective view showing a configuration for measuring the displacement and yawing of the movable mirror 51 and measuring the fluctuation of the refractive index of air in the measurement optical path. Light of a plurality of frequencies emitted from the light source unit 205 is separated by the light separating element 93, and light transmitted through the light separating element 93 is incident on the measuring unit 204a. The two lights emitted from the measuring unit 204a are located at the position 4 of the fixed mirror 50.
06 and the position 407 of the movable mirror 51, and again the measuring unit 2
By returning to 04a, the relative geometric displacement between the fixed mirror 50 and the movable mirror 51 can be obtained.

【0070】一方、光分離素子93を反射した光は、反
射鏡45を介し測定部204cに入射する。測定部20
4cから射出した二つの光は移動鏡51の位置410
と、同じく移動鏡51の位置411で反射して再び測定
部204cに戻る。そして、先に説明した測定部204
aと同じ構成を有する測定部204cによって、移動鏡
51の位置410および位置411を反射してきた光で
もって光波干渉を行い、測定部204c内の3つの受光
素子から各々の信号を測定部204c内にある演算装置
によって、測定部204b内にある演算装置と同様な演
算で、移動鏡51の移動により生じるφ方向の〜向き角
度を求めることができる。
On the other hand, the light reflected by the light separating element 93 enters the measuring section 204c via the reflecting mirror 45. Measuring unit 20
The two lights emitted from 4c are located at the position 410 of the movable mirror 51.
Is reflected at the position 411 of the movable mirror 51 and returns to the measuring section 204c again. Then, the measuring unit 204 described above
The measurement unit 204c having the same configuration as that of FIG. a performs light wave interference with the light reflected at the position 410 and the position 411 of the movable mirror 51, and outputs each signal from three light receiving elements in the measurement unit 204c to the inside of the measurement unit 204c. Can be obtained by the same calculation as the calculation device in the measuring section 204b by the calculation device in the φ direction caused by the movement of the movable mirror 51.

【0071】また、この測定部204a内にある演算装
置からの出力結果と測定部204c内にある円案装置か
らの出力結果に基づいて、測定部204a内の変位測定
データを測定部204cで出力される角度測定データで
補正することにより、より高精度に移動鏡51の変位量
を求めることができるようになる。この角度測定データ
に基づく変位測定データの補正は、本実施の形態では、
測定部204a内で行い、測定部204cの出力信号
は、測定部204aの演算装置に入力できるよう配線さ
れている。
The displacement measurement data in the measuring section 204a is output by the measuring section 204c based on the output result from the arithmetic unit in the measuring section 204a and the output result from the circular device in the measuring section 204c. By correcting with the measured angle measurement data, the displacement amount of the movable mirror 51 can be obtained with higher accuracy. Correction of the displacement measurement data based on the angle measurement data is, in the present embodiment,
The measurement is performed in the measurement unit 204a, and the output signal of the measurement unit 204c is wired so as to be input to the arithmetic unit of the measurement unit 204a.

【0072】しかし、本発明はこれに限られず、変位測
定データの補正については、別の演算装置を設けて、そ
の演算装置に測定部204aからの出力信号と測定部2
04cからの出力信号を入植するように配線することで
もよい。また、先に述べた移動鏡51のピッチングを測
定して、変位測定データを補正する場合においても、同
じように別の演算装置を設けることで行っても構わな
い。
However, the present invention is not limited to this. For the correction of the displacement measurement data, another arithmetic unit is provided and the output signal from the measuring unit 204a and the measuring unit 2 are provided in the arithmetic unit.
The wiring may be performed so that the output signal from the terminal 04c is set. In the case where the displacement measurement data is corrected by measuring the pitching of the movable mirror 51 described above, it may be performed by providing another arithmetic unit in the same manner.

【0073】ところで、本発明の第2の実施の形態にお
ける光波干渉測定装置についても、第1の実施の形態で
説明したものと同様に、光波干渉測定装置を搭載する装
置の種類によって、必ずしも数ナノメートルの精度で変
位を測定する必要のない位置がでてくる。このような位
置を光波干渉測定装置で測定する場合には、一組の周波
数の光のみでヘテロダイン干渉を行い、その結果を受光
して変位測定を行うようにしてもよい。
By the way, the number of the light wave interference measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention is not necessarily limited depending on the type of the apparatus on which the light wave interference measuring apparatus is mounted, as in the case of the first embodiment. There will be positions where it is not necessary to measure displacement with nanometer accuracy. When such a position is measured by a light wave interference measurement device, heterodyne interference may be performed only with light of a set of frequencies, and the result may be received to perform displacement measurement.

【0074】具体的には、例えば、φ方向の変位である
ヨーイングの測定精度を向上させなくてもよい場合に
は、図5で示す移動鏡51上の位置410,411の相
対的な変位を計測する測定部204cについては、偏光
分離素子71、周波数変換素子11、12、受光素子3
1、32を備えず、偏光分離素子70と、位相板10
0、101と、周波数分離素子81と受光素子36のみ
で構成しても構わない。
Specifically, for example, when it is not necessary to improve the measurement accuracy of the yawing which is the displacement in the φ direction, the relative displacement of the positions 410 and 411 on the movable mirror 51 shown in FIG. The measuring section 204c to be measured includes the polarization separating element 71, the frequency converting elements 11 and 12, the light receiving element 3
1 and 32, the polarization separating element 70 and the phase plate 10
0, 101, the frequency separating element 81 and the light receiving element 36 alone.

【0075】このように、高精度な変位測定を必要とし
ない位置について計測を行う干渉計の光学素子を減らす
ことができるので、コンパクトでコストのかからない光
波干渉測定装置を実現することができる。また、一組の
周波数のみの光波で変位を測定する場合、干渉部200
内の偏光分離素子も安価な一波長対応の素子が使えるよ
うになるので、さらにコストダウンを図ることができる
ようになる。なお、周波数分離素子81の代わりに周波
数f2の光のみを透過する帯域フィルタを用い、このフ
ィルタの射出側に受光素子36を配置することでもよ
い。
As described above, since the number of optical elements of the interferometer for performing measurement at a position where high-precision displacement measurement is not required can be reduced, a compact and inexpensive optical interference measuring apparatus can be realized. In addition, when measuring displacement with only one set of light waves, the interference unit 200
As for the polarization separation element, an inexpensive element for one wavelength can be used, so that the cost can be further reduced. Note that, instead of the frequency separating element 81, a band-pass filter that transmits only light of the frequency f2 may be used, and the light receiving element 36 may be arranged on the emission side of this filter.

【0076】なお、以上説明した図4および図5で示し
た構成を組み合わせて、測長、およびピッチング、ヨー
イングの移動鏡51に関するあらゆる変動変位を同時に
測定するようにすることも可能である。
By combining the configurations shown in FIGS. 4 and 5 described above, it is also possible to simultaneously measure all the fluctuation displacements of the movable mirror 51 for length measurement, pitching and yawing.

【0077】次に、本発明の第3の実施の形態による光
波干渉測定装置を図6を用いて説明する。図6は本実施
の形態による光波干渉測定装置の構成を概略的に示して
いる。これはステージ等の可動部分が2軸に変位する場
合を示したもので、ステージ110と参照鏡(鏡筒)1
11との相対的な変位を高精度に測定する場合の光学系
を示している。本実施の形態においては、測定部204
d、204eを用いるがこれらの構成および機能は図3
に示した測定部204aと同一であるので詳細な説明は
省略する。
Next, an optical interference measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 schematically shows a configuration of the lightwave interference measuring apparatus according to the present embodiment. This shows a case where a movable part such as a stage is displaced in two axes, and a stage 110 and a reference mirror (barrel) 1
11 shows an optical system in the case of measuring a displacement relative to 11 with high accuracy. In the present embodiment, measurement section 204
d and 204e are used, and their configurations and functions are shown in FIG.
Since it is the same as the measuring section 204a shown in FIG.

【0078】図6において、ステージ110と参照鏡
(鏡筒)111の光入射領域は鏡面で十分光が反射でき
るように加工されている。光源部205を射出した複数
の周波数の光は、光分離素子94によりそれぞれ分離さ
れ、光分離素子94を透過した光は、測定部204dに
入射する。測定部204dから射出した二つの光はステ
ージ110と参照鏡(鏡筒)111で反射し、再び測定
部204dに戻ることでステージ110と参照鏡(鏡
筒)111のy方向の相対的な幾何学的な変位が求ま
る。
In FIG. 6, the light incident areas of the stage 110 and the reference mirror (barrel) 111 are processed so that the mirror surface can sufficiently reflect light. The light of a plurality of frequencies emitted from the light source unit 205 is separated by the light separating element 94, and the light transmitted through the light separating element 94 enters the measuring unit 204d. The two lights emitted from the measurement unit 204d are reflected by the stage 110 and the reference mirror (barrel) 111, and return to the measurement unit 204d again, so that the relative geometry of the stage 110 and the reference mirror (barrel) 111 in the y direction is obtained. Is obtained.

【0079】光分離素子94を反射した光は、反射鏡4
6および反射鏡47を介し測定部204eに入射する。
測定部204eから射出した二つの光はステージ110
と参照鏡(鏡筒)111で反射し、再び測定部204e
に戻ることでステージ110と参照鏡(鏡筒)111の
x方向の相対的な幾何学的な変位が求まる。このような
2軸の測定においても、各軸の測定光路上の空気の屈折
率変動を測定して補正することができるのでステージ1
10を高精度に位置決めすることができるようになる。
なお、測定部204d、204eは、測定部204aと
同じ構成を有している。
The light reflected by the light separating element 94 is reflected by the reflecting mirror 4.
6 and enters the measuring unit 204e via the reflecting mirror 47.
The two lights emitted from the measuring unit 204e are
Is reflected by the reference mirror (barrel) 111, and is again measured by the measuring unit 204e.
The relative geometric displacement of the stage 110 and the reference mirror (barrel) 111 in the x direction can be obtained by returning to the above. In such two-axis measurement as well, the refractive index fluctuation of air on the measurement optical path of each axis can be measured and corrected.
10 can be positioned with high precision.
The measuring units 204d and 204e have the same configuration as the measuring unit 204a.

【0080】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、光源
部からの光を2軸に分離した測定例を示したが、光源部
からの光をより多軸で分離して高精度な変位測定や角度
測定などを行うこともできる。また干渉計の測定光路や
参照光路をシングルパスの場合で説明したが、本発明は
これに限られず、ダブルパスによる光路にももちろん適
用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, in the above embodiment, the measurement example in which the light from the light source unit is separated into two axes is described. However, the light from the light source unit is separated into more axes to perform highly accurate displacement measurement, angle measurement, and the like. You can also. In addition, although the measurement optical path and the reference optical path of the interferometer have been described in the case of a single path, the present invention is not limited to this, and can be applied to an optical path of a double path.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、移動時に
発生する反射鏡のあらゆる変位を計測して、かつ光路中
の屈折率変動による誤差成分および移動鏡の傾きの変化
などによる誤差成分による補正を行うことができるの
で、高精度の光波干渉測定を実現することができる。
As described above, according to the present invention, any displacement of the reflecting mirror which occurs during movement is measured, and an error component due to a change in the refractive index in the optical path and an error component due to a change in the inclination of the moving mirror. , It is possible to realize highly accurate light wave interference measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態による光波干渉測定
装置における角度測定の概略の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of angle measurement in the lightwave interference measurement device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態による光波干渉測定
装置における角度測定の概略の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of angle measurement in a lightwave interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態による光波干渉測定
装置における角度測定の概略の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of angle measurement in a lightwave interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a lightwave interference measurement device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】従来の光波干渉測定装置の概略の構成を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜3 光源 5〜7 演算装置 10〜12 周波数変換素子 20〜23 音響光学素子 30〜36 受光素子 40〜63 反射鏡 70〜75 偏光分離(結合)素子 80、81 周波数分離素子 92、93 光分離素子 100〜102 波長板 110 ステージ 1-3 light source 5-7 arithmetic unit 10-12 frequency conversion element 20-23 acousto-optic element 30-36 light receiving element 40-63 reflecting mirror 70-75 polarization separation (coupling) element 80, 81 frequency separation element 92, 93 light Separation element 100 to 102 Wave plate 110 Stage

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】物体の変位を測定するための測長用光束
と、前記測長用光束の光路上の気体の屈折率変動を計測
するための屈折率変動計測用光束とを射出する光源部
と、 前記測長用光束と前記屈折率変動計測用光束との共通光
路中に設けられ、少なくとも前記測長用光束を第1の測
定光路と第1の参照光路に分割する第1の光束分割光学
素子と、 前記第1の参照光路上に設けられた第1の参照光用反射
鏡と、 少なくとも前記第1の測定光路に沿って移動可能に設け
られた移動反射鏡と、 前記第1の参照光路を通過した前記測長用光束および前
記第1の測定光路を通過した前記測長用光束の干渉光を
受光する第1の受光部と、 少なくとも前記第1の測定光路を通過した前記屈折率変
動計測用光束で生成された干渉光を受光する第2の受光
部と、 前記光源部から射出された前記測長用光束と前記屈折率
変動計測用光束を複数に分割する第2の光束分割光学素
子と、 前記第2の光束分割光学素子で分割された光束の一の光
路中に設けられ、前記第1の測定光路とは異なる位置か
ら前記第1の測定光路と平行に前記移動反射鏡に向かう
第2の測定光路と、第2の参照光路とに分割する第3の
光束分割光学素子と、 前記第2の参照光路上に設けられた第2の参照光用反射
鏡と、 前記第2の参照光路を通過した前記測長用光束および前
記第2の測定光路を通過した前記測長用光束の干渉光を
受光する第3の受光部と、 少なくとも前記第2の測定光路を通過した前記屈折率変
動計測用光束で生成された干渉光を受光する第4の受光
部とを備え、 前記第1乃至第4の受光部のそれぞれから得られる信号
に基づいて前記移動反射鏡の変位量を測定することを特
徴とする光波干渉測定装置。
1. A light source unit for emitting a length measuring light beam for measuring a displacement of an object and a refractive index fluctuation measuring light beam for measuring a refractive index fluctuation of a gas on an optical path of the length measuring light beam. A first light beam splitter provided in a common optical path of the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measuring light beam, and splitting at least the length measuring light beam into a first measuring light path and a first reference light path. An optical element; a first reference light reflecting mirror provided on the first reference light path; a movable reflecting mirror provided movably along at least the first measurement light path; A first light-receiving unit that receives interference light of the length-measuring light beam that has passed through the reference light path and the length-measuring light beam that has passed through the first measuring light path; and at least the refraction that has passed through the first measuring light path. A second light receiving unit for receiving the interference light generated by the rate variation measurement light beam; A second light beam splitting optical element that splits the length measuring light beam and the refractive index fluctuation measurement light beam emitted from the light source unit into a plurality of light beams; and one of the light beams split by the second light beam splitting optical element. A third measurement optical path provided in the optical path and divided into a second measurement optical path from a position different from the first measurement optical path toward the movable reflecting mirror in parallel with the first measurement optical path and a second reference optical path; A light beam splitting optical element, a second reference light reflecting mirror provided on the second reference light path, and the length measuring light beam and the second measurement light path that have passed through the second reference light path. A third light receiving unit that receives the interference light of the passed measurement light beam, and a fourth light reception device that receives at least the interference light generated by the refractive index fluctuation measurement light beam that has passed through the second measurement light path. , And each of the first to fourth light receiving units is obtained. An interferometer for measuring the amount of displacement of the movable reflecting mirror based on a signal generated by the moving reflector.
【請求項2】請求項1記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第2の光束分割光学素子で分割された光束の他の光
路中に設けられ、前記第1および第2の測定光路とは異
なる位置から前記第1の測定光路と平行に前記移動反射
鏡に向かう第3の測定光路と、第3の参照光路とに分割
する第4の光束分割光学素子と、 前記第3の参照光路上に設けられた第3の参照光用反射
鏡と、 前記第3の参照光路を通過した前記測長用光束および前
記第3の測定光路を通過した前記測長用光束の干渉光を
受光する第5の受光部とを備えたことを特徴とする光波
干渉測定装置。
2. The light wave interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the light beam split by the second light beam splitting optical element is provided in another light path, and is different from the first and second measurement light paths. A third measurement optical path from a position parallel to the first measurement optical path toward the movable reflecting mirror, a fourth light beam splitting optical element for splitting into a third reference optical path, A third reference light reflecting mirror provided, and a fifth light-receiving element that receives interference light of the length-measuring light beam that has passed through the third reference light path and the length-measuring light beam that has passed through the third measuring light path. A light wave interference measurement device comprising:
【請求項3】請求項1または2に記載の光波干渉測定装
置において、 前記光源部は、少なくとも2種以上の周波数の光を射出
することを特徴とする光波干渉測定装置。
3. The light wave interference measurement device according to claim 1, wherein the light source unit emits light of at least two or more types of frequencies.
【請求項4】複数のそれぞれ異なる周波数の光を射出す
る光源と、 前記光源から射出された前記光のうち第1の周波数の光
を、移動鏡が設置された測定光路と固定鏡が設置された
参照光路とに分割する第1の分割光学素子を備え、少な
くとも前記測定光路にはさらに前記第1の周波数とは異
なる光が通過し、前記光路中の屈折率変動を補正しつ
つ、前記移動鏡の変位を計測する干渉計とを備えた光波
干渉測定装置であって、 前記干渉計は複数備えられ、前記複数の干渉計のうち一
方の干渉計における光が通過する位置に第2の分割光学
素子を備え、前記第2の分割光学素子で分割された光の
射出側に、前記複数の干渉計のうち前記一方の干渉計と
は異なる干渉計を配置したことを特徴とする光波干渉測
定装置。
4. A light source for emitting a plurality of light beams having different frequencies, a light beam having a first frequency among the light beams emitted from the light source, a measurement optical path having a movable mirror and a fixed mirror. A first splitting optical element for splitting the light beam into a reference light path, and at least a light different from the first frequency passes through at least the measurement light path. An interferometer for measuring a displacement of a mirror, comprising: a plurality of the interferometers; An optical element, wherein an interferometer different from the one of the plurality of interferometers is arranged on an emission side of the light split by the second split optical element. apparatus.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006505778A (en) * 2002-11-04 2006-02-16 ザイゴ コーポレーション Correction for refractive index perturbations in the interferometer path
US7812965B2 (en) 2006-12-11 2010-10-12 Zygo Corporation Multiple-degree of freedom interferometer with compensation for gas effects
US7812964B2 (en) 2006-11-15 2010-10-12 Zygo Corporation Distance measuring interferometer and encoder metrology systems for use in lithography tools
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